基于上软下硬地层开挖风险处理及效果评价分析

刘畅 LIU Chang

（中交基础设施养护集团有限公司，北京 100011）

1 工程概况

南门站～北门站区间主要位于解放北路下方，区间隧道设计的起始和结束里程分别为：ZDK4+180.456 至ZDK4+965.200、YDK4+180.456～YDK4+965.201，全长约785m，隧道顶覆土层厚15.4 至19.5m。区间为单洞单线结构，采用矿山法施工。

区间主要风险如下：①区间下穿辰野地下商场里程为ZDK4+271.16 至ZDK4+596.16、YDK4+271.16 至YDK4+596.16，为一级环境风险工程。辰野地下商城为箱体结构，尺寸长325m，宽为25m，为平战结合人防工程，分为42m、54m、108m、120m 四个独立结构防护单元，相邻防护单元之间留有变形缝（如图1）。②地质探勘资料显示，YDK4+180.456 至YDK4+455.885 段有连续角砾，开挖掌子面容易发生拱顶大面积塌陷，影响隧道上方及周边建筑的结构安全。

图1 辰野地下商场位置剖面图

2 风险事件

3月24 日17 时，解放北路发生地面塌陷，形成直径约50 公分的孔洞，检测发现洞内纵深约7 至8m，横向约5 至6m。3月26 日，对塌陷路面区域进行了回填，估算共384 立方米左右。4月9 日15 时再次出现塌陷现象，此次塌陷位置在前次塌陷路面的南侧，距离在6 至7m，空洞内部横向在3 至4m，纵长4 至5m，深约10 至11m，4月10日完成路面回填。4月14 日13 时，雨水冲刷引起第一次塌陷位置处出现局部凹陷，深度达1m。4月15 日，开展凹陷区回填工作。

3 风险控制措施

路面塌陷事故发生时，区间隧道正施工至辰野地下商场下方的角砾段，施工单位立即停止施工，对掌子面前方角砾段进行探查，采取上半断面深孔超前注浆、在辰野地下商场下方隧道拱顶处初支后径向注浆、在塌陷区地面钻孔注浆等措施。

3.1 上半断面深孔超前注浆

使用Φ42 超前小导管进行注浆，并做好止浆处理。注浆加固体要求具有不小于0.8MPa 的无侧限抗压强度。注浆压力值（终压）通常可取2 至3 倍的静水压力值，施工时可根据实验结果进行调整。使用单液浆，材料为425 普通硅酸盐水泥，水泥和水玻璃双液浆可在地下水发育时使用。水灰比一般为1∶0.75 至1∶1，水玻璃用量一般为水泥重量的1/4～1/3，需根据实验结果确定具体注浆参数。各深孔注浆段纵长8m，如需连续注浆多段，开挖6m，相邻段间搭接2m，每一注浆段的首次注浆都需要设止浆墙，注浆段和相应参数的调整，可以综合考虑地层情况和实验证据进行。超前深孔注浆将根据设计资料及现场勘查所得资料进行，范围覆盖辰野地下商场下方及区间隧道上方的角砾地层。注浆孔排布及注浆段长度依据地层情况而定，每个注浆孔的浆液扩散半径为0.5m。

3.2 洞内径向注浆措施

对辰野地下商场下方已施工的隧道拱顶初支后进行径向注浆（见图2），对施工产生扰动的地层进行填充加固。使用1∶1 水泥浆液，注浆压力控制在0.5 至1 兆帕之间。对辰野地下商场注浆过程中的变形情况应加强管控，发现异常情况及时对注浆压力进行调整。

图2 注浆孔布置图

3.3 地表注浆加固措施

对周边路面进行地质雷达检测，如发现疑似疏松区或空洞，可通过钻孔取芯确认，并根据检测结果采取加固措施。地面深孔注浆可用于地质疏松区及空洞区的加固处理。①花管间距1m，梅花形布置，注浆加固深度进入疏松范围以下1m；②浆液采用水泥浆加粉煤灰（8%），压力控制在0.8 兆帕；③第一次注浆后4 小时内，根据浆液初凝情况，可进行补浆；④注浆过程中，参数应根据周边建筑结构、管线、隧道的监测及巡查情况及时调整。

4 措施落实情况及效果评价

4.1 上半断面深孔超前注浆施工

后续开挖过程中，区间隧道下穿角砾地层，掌子面有部分渗水现象，现场采取上半断面深孔超前注浆，共计钻孔87 个，注浆量约150 立方米，完成注浆后恢复施工，开挖面注浆效果良好。

4.2 洞内径向注浆施工

采用Φ32.5 注浆管，每根管长2m，环向间距2m，纵向间距3m，对辰野地下商场下方隧道拱顶初支后进行注浆加固。共打设钻孔45 个，累计注浆180 立方米。

4.3 地表注浆加固施工

经过地质雷达检测，对疑似疏松区、空洞位置处进行钻孔取芯（如图3），探孔共计26 个，其中异常孔13 个，异常区域3 处，根据检测结果采取地表注浆加固，钻孔共计223 个，注浆量约640 立方米。为检验地面注浆效果，现场采取地面取芯（如图4），1 号取芯点位于第二次塌陷区域南侧3m，芯样长度14m，其中1m 至4m 段为杂填土，5m位置出现水泥块，6m 至8m 段为角砾，9m 至11m 段为注浆结块密实的角砾，12m 至14m 段为混凝土，过程中未出现掉钻、跑浆等异常情况。

图3 钻孔打设位置图

图4 注浆加固后芯样

5 监测情况

5.1 隧道下穿辰野地下商场

辰野地下商场结构沉降最大累计值为-12.60mm，结构倾斜控制值为4/1000，监测横、纵向倾斜最大累计值分别为1.03/1000、1.44/1000，基础沉降控制值为20mm，监测最大累计值为-12.60mm，相邻结构端部差异沉降控制值为10mm，监测最大累计值为4.01mm，均未达到预警标准，详见表1。

表1 南北区间辰野地下商场沉降及差异沉降

5.2 隧道上方地表沉降监测

图5 所示为南北区间主测断面DB-67 平面位置，图6所示为地表最大沉降点（DB-67-05）的历时曲线。在隧道开挖到该点影响范围之前，已产生-0.27mm 沉降。3月24日，隧道开挖至该点附近（距离第一处坍塌空洞西侧3m处）发生首次塌方。沉降累值达到-20.66mm，速率为-4.14mm/d，达到黄色预警标准（-2.00mm/d）。4月9 日，该点附近道路第二次坍塌前（距离第二次坍塌空洞西侧3m，北侧10m 处）沉降累值达到-24.17mm，速率为-4.68mm，达到双控橙色监测预警标准。4月14 日，该道路在第一处坍塌位置出现凹陷，沉降累值达到-30.02mm，速率为-2.06mm/d。消除施工影响，监测数据趋于稳定后，进行阶段性消警。

图5 地表沉降监测点位图

图6 DB-67-05 历时曲线图

6 经验总结与建议

区间开挖处于上部角砾、下部岩石的上软下硬地层，拱顶自稳能力较差，开挖时伴有渗漏水，且周边环境复杂，易引起地层变形过大、地面塌陷等风险事件发生，其主要特征如下。

①带水管线下方，地质条件为砂、卵石等透水层；②施工过程中发生过渗漏水、拱顶塌落的位置；③初期支护背后渗漏水，且伴有泥、砂，回填不及时或效果不佳的地方；④监测数据发现异常。

当项目出现上述特征时，应引起高度重视，并建议采取相应的处理：①做好超前预报，对前方道路和地质不良的地方，建议通过钻探等方式确定地质疏松区、空洞区，并采取加固措施；②开挖过程中遇到掉块、渗漏水应做好记录，做好回填加固，并关注相应位置处的监测数据；③类似上软下硬地层，可提前采取上半断面深孔超前注浆、初支后径向注浆、地面钻孔注浆回填等风险控制措施。